Sistema de protección para un generador eléctrico, una turbina eólica y uso del mismo.

Sistema de protección (28) para un generador eléctrico (9) de una turbina eólica (1) que comprende

al menos una trayectoria de corriente (27) desde el extremo sin accionamiento (29) del árbol del generador (8)al potencial de tierra (22),

y

al menos una trayectoria de corriente alterna (20) desde el extremo de accionamiento (30) del árbol delgenerador (8) al potencial de tierra (22).

Sistema de protección para un generador eléctrico, una turbina eólica y uso del mismo Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema de protección para un generador eléctrico, una turbina eólica y un uso del mismo. Dichos sistemas de protección son conocidos, por ejemplo, del documento GB-A-2 331 858.

Descripción de la técnica relacionada Típicamente, las turbinas eólicas modernas están conectadas a una red de suministro eléctrico con el fin de poder generar y suministrar electricidad a consumidores situados a gran distancia de las turbinas eólicas.

La velocidad del rotor de la turbina eólica aumenta y disminuye con el cambio de la velocidad del viento con el fin de sustraer tanta energía del viento como sea posible, y en consecuencia el generador eléctrico genera electricidad con una frecuencia variable. La energía eléctrica es convertida mediante un convertidor de frecuencia en electricidad con una frecuencia fija que se suministra a la red de suministro eléctrico.

El convertidor de frecuencia puede introducir diferentes corrientes parásitas al generador eléctrico tal como en el árbol y la carcasa del generador. Con el fin de evitar las corrientes parásitas es bien conocido conectar a tierra las partes estacionarias y giratorias del generador.

Sin embargo, las formas bien conocidas de conectar a tierra las partes estacionarias y giratorias a menudo pueden crear problemas en relación con las corrientes parásitas circulantes dentro del generador. Las corrientes parásitas circulantes pueden dar como resultado la corrosión de los cojinetes, lo que afecta negativamente a la vida de servicio del generador.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar una solución que está adaptada más eficientemente a la situación de un generador eléctrico tal como en una turbina eólica.

La invención La invención proporciona un sistema de protección para un generador eléctrico de una turbina eólica que comprende al menos una trayectoria de corriente continua desde el extremo sin accionamiento del árbol del generador a un potencial de tierra, y al menos una trayectoria de corriente alterna desde el extremo de accionamiento del árbol del generador al potencial de tierra.

Por este medio se obtiene un sistema que puede proteger de manera eficiente el generador eléctrico mediante el control de las trayectorias de las diferentes corrientes parásitas en la turbina eólica. Sobre todo, es posible evitar corrientes parásitas circulantes en el generador eléctrico que puedan dañar los cojinetes.

El término "trayectoria de corriente alterna" debe entenderse como una trayectoria definida que dirige sólo corrientes alternas.

En un aspecto de la invención, dicha trayectoria de corriente alterna comprende un circuito de impedancia tal como al menos un condensador.

El término "circuito de impedancia" debe ser entendido como una unidad eléctrica separada y definida que al menos se compone de un valor de reactancia.

El condensador establece una trayectoria deseada para la parte de alta frecuencia de la corriente parásita. Además, el condensador impide una ruta no deseada para corrientes parásitas de corriente continua que sólo es deseable que esté conectada a tierra en el extremo sin accionamiento.

En un aspecto de la invención, dicho al menos un condensador es un tipo de condensador con una capacidad de alta tasa de cambio de tensión dV/dt, por ejemplo, al menos 500 voltios/μs, tal como condensadores de polipropileno. La parte de alta frecuencia de la corriente parásita puede implicar pulsos de alta tensión que requieren un condensador con una capacidad de alta tasa de cambio de tensión dV/dt, así como un alto valor de tensión de funcionamiento.

En otro aspecto de la invención, el valor de la capacitancia de dicho al menos un condensador está en el intervalo de 100 y 1000 microfaradios.

En un aspecto adicional de la invención, dicho al menos un condensador es una pluralidad de condensadores en una conexión en serie y/o en paralelo. El uso de una pluralidad de condensadores en conexiones en serie y/o en

paralelo es posiblemente una manera económica eficaz para obtener los valores deseados, tales como alta capacitancia y/o alto valor de la tensión de funcionamiento.

En un aspecto adicional más de la invención, el valor de la capacitancia de dicho al menos un condensador es muy diferente de al menos una capacitancia interna del generador eléctrico, tal como al menos 10 veces el valor de la capacitancia en los cojinetes. De este modo se garantiza que el condensador sea la trayectoria deseada para una corriente parásita de frecuencia alta en lugar de los condensadores internos del generador.

En un aspecto de la invención, dichas conexiones con el extremo de accionamiento y el extremo sin accionamiento se establecen mediante conectores eléctricos giratorios. Los conectores eléctricos giratorios pueden ser cualquier tipo de conexión eléctrica a equipos giratorios, por ejemplo, anillos colectores con escobillas de cobre o carbono, por ejemplo escobillas de carbón/plata.

En aspectos de la invención, el conector eléctrico giratorio en el extremo de accionamiento y el extremo sin accionamiento del árbol del generador son anillos colectores que comprenden cada uno una pluralidad de conexiones, por ejemplo, mediante el uso de entre dos y cuatro escobillas, tales como preferentemente tres posicionadas simétricamente alrededor del árbol del generador. Por este medio es posible establecer una conexión eléctrica giratoria con una resistencia muy baja y, especialmente, son ventajosas tres escobillas en relación con la resistencia, durabilidad, tamaño y costes.

Debe enfatizarse que las escobillas pueden ser reemplazadas por cualquier otro tipo de conexión eléctrica giratoria, tal como una configuración de cojinete de bolas que comprende grasa para cojinetes conductora de electricidad.

En un aspecto de la invención, el generador eléctrico está conectado a otros componentes de la turbina eólica mediante el árbol y una conexión de árbol aislada eléctricamente, por ejemplo, una conexión compuesta con bridas separadas de fibra de vidrio. De este modo se garantiza que el generador y los otros componentes de la turbina eólica están desconectados eléctricamente por medio del árbol.

En otro aspecto de la invención, dicho generador eléctrico es un generador de inducción de doble alimentación con un rotor bobinado conectado a un convertidor de frecuencia. De manera especial, la estrecha relación eléctrica entre los cojinetes del rotor y el convertidor de frecuencia conectado al rotor hace que el uso del sistema de protección sea ventajoso, por ejemplo, en relación con picos de tensión y ruido en modo común de un generador en una turbina eólica moderna de velocidad variable.

En aspectos adicionales de la invención, dicho generador eléctrico es un generador de inducción o síncrono con un estator conectado a un convertidor de frecuencia.

En otro aspecto de la invención, dicha al menos una trayectoria de corriente es una conexión de cortocircuito con el potencial de tierra. Por este medio es posible dirigir la corriente continua al potencial de tierra sin fluir a través de los cojinetes del generador.

El término "trayectoria de corriente continua" debe ser entendido como una conexión destinada a tener una muy baja resistencia y reactancia al conectar el extremo sin accionamiento del árbol del generador al potencial de tierra.

La invención se refiere además a una turbina eólica que suministra potencia eléctrica a una red de suministro, comprendiendo al menos un generador eléctrico, al menos un convertidor de frecuencia conectado a dicho generador eléctrico y a la red de suministro, y al menos un sistema de protección para el generador eléctrico. Por este medio es posible controlar que cualquier ruido de corriente parásita siga caminos no deseados en una turbina eólica, por ejemplo protegiendo el generador y los cojinetes de la caja de engranajes. Además, la compatibilidad electromagnética EMC de la turbina de eólica está garantizada, dado que el ruido de alta frecuencia no puede utilizar el árbol como una antena.

La invención también se refiere a un uso del sistema de protección en una turbina eólica como un filtro para el ruido eléctrico. Por este medio es posible controlar que cualquier ruido de corriente parásita siga caminos no deseados en una turbina eólica, por ejemplo, protegiendo el eje del generador eléctrico de diferentes corrientes.

Figuras La invención se describirá a continuación con referencia a las figuras, en las que la fig. 1 ilustra una turbina... [Seguir leyendo]

1. Sistema de protección (28) para un generador eléctrico (9) de una turbina eólica (1) que comprende al menos una trayectoria de corriente (27) desde el extremo sin accionamiento (29) del árbol del generador (8) al potencial de tierra (22) , y

al menos una trayectoria de corriente alterna (20) desde el extremo de accionamiento (30) del árbol del generador (8) al potencial de tierra (22) .

2. Sistema de protección (28) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha trayectoria de corriente alterna (20) comprende un circuito de impedancia tal como al menos un condensador (31) .

3. Sistema de protección (28) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho al menos un condensador (31)

es un tipo de condensador con una capacidad de alta tasa de cambio de tensión dV/dt, por ejemplo al menos 500 volt/μs, tal como condensadores de polipropileno.

4. Sistema de protección (28) de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en el que el valor de capacitancia de dicho al menos un condensador (31) está en un intervalo de entre 100 y 1000 microfaradios.

5. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que dicho al menos 15 un condensador (31) es una pluralidad de condensadores conectados en serie y/o en paralelo.

6. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el valor de capacitancia es muy diferente de al menos una capacitancia interna del generador eléctrico, tal como al menos 10 veces el valor de la capacitancia en los cojinetes.

7. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas

conexiones al extremo de accionamiento (30) y al extremo sin accionamiento (29) del árbol del generador (8) se establecen mediante conectores eléctricos giratorios (21, 26) .

8. Sistema de protección (28) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el conector eléctrico giratorio (26) en el extremo sin accionamiento (29) del árbol del generador (8) es un anillo colector que comprende una pluralidad de conexiones, por ejemplo mediante el uso de entre dos y cuatro escobillas tal como tres preferentemente situadas simétricamente alrededor del árbol del generador (8) .

9. Sistema de protección (28) de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que el conector eléctrico giratorio (21) en el extremo de accionamiento (30) del árbol del generador (8) es un anillo colector que comprende una pluralidad de conexiones, por ejemplo mediante el uso de entre dos y cuatro escobillas tal como tres preferentemente situadas simétricamente alrededor del árbol del generador (8) .

10. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el generador eléctrico (9) está conectado a otros componentes de la turbina eólica mediante el árbol (8) y una conexión del árbol eléctricamente aislada (32) , por ejemplo, un conector compuesto de bridas separadas de fibra de vidrio.

11. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho generador eléctrico (9) es un generador de inducción doblemente alimentado con rotor bobinado (15) conectado a un convertidor de frecuencia (10) .

12. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho generador eléctrico (9) es un generador de inducción con un estator conectado a un convertidor de frecuencia.

13. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho 40 generador eléctrico (9) es un generador síncrono con un estator conectado a un convertidor de frecuencia.

14. Sistema de protección (28) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha al menos una trayectoria de corriente (27) es una conexión en cortocircuito al potencial de tierra (22) .

15. Turbina eólica (1) que suministra energía eléctrica a una red de suministro, que comprende

al menos un generador eléctrico (9) ,

al menos un convertidor de frecuencia (10) conectado a dicho generador eléctrico (9) y red de suministro (13) , y

al menos un sistema de protección, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para el generador eléctrico 16. Uso de un sistema de protección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en una turbina eólica como un filtro para ruido eléctrico.